銅管とステンレス鋼管の接続体及びその製造方法
【課題】従来、熱交換器用の配管としても散られている銅管とアルミニウム管の接続体のアルミニウム管に替えてステンレス鋼管を用い、接合部における高い気密性と接合強度を有するばかりでなく、外力を受けても接合部のみならず配管全体の耐変形性に優れた銅管とステンレス鋼管の接続体を提供する。
【解決手段】銅管の端部にステンレス鋼管のシーリング材を塗布した端部を、又はステンレス鋼管の端部に銅管のシーリング材を塗布した端部を挿入嵌合する。
好ましくは、当該挿入嵌合部にその外周面側からの機械加工により凹凸部を設ける。
【解決手段】銅管の端部にステンレス鋼管のシーリング材を塗布した端部を、又はステンレス鋼管の端部に銅管のシーリング材を塗布した端部を挿入嵌合する。
好ましくは、当該挿入嵌合部にその外周面側からの機械加工により凹凸部を設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器用配管として用いられる、良好な気密性と高い接合強度を有する銅管とステンレス鋼管の接続体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に給湯器や空調機、冷凍機等に熱交換器が用いられている。熱交換器は空調機のように室外機に組み込まれており屋外に設置される場合が多い。また、熱交換器は、ＣＯ２やＨＦＣ系フロンなどの冷媒ガスの圧縮と膨張によって熱交換機能を生み出しており、その熱エネルギーを水や空気が吸収して暖められ、給湯や暖房として利用することができる。冷媒ガスや水、空気の流通路としては、素材がりん脱酸銅である銅管を配管として多く使用している。
【０００３】
配管に必要な特性としては、室外機として屋外に設置されることに対する耐食性とコンプレッサーから供給させる冷媒ガスの圧力に対する耐圧性、熱交換の効率化から伝熱性、配管同士の接合性が挙げられるため、銅管が多く使用されている。しかし、近年の銅の高騰化により、銅に代わる素材の要望が高まっている。その代替材料の一例として、アルミニウム管が挙げられる。
例えば特許文献１，２で、熱交換器用銅管の一部をアルミニウム管に置換えた、銅管とアルミニウム管の接合体が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３１１６４９号明細書
【特許文献２】特許第４４６１５２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アルミニウム管を用いた場合、屋外環境での耐食性に問題が出てくる。このため、銅やアルミニウムよりも屋外環境での耐食性を満足する材料として、ステンレス鋼の使用が想定される。
一般的に、熱交換器で使用される全ての銅管がステンレス鋼管に代替されるケースは少ないため、銅管とステンレス鋼管の接合部が多く発生することとなる。
従来、銅管同士の接合はりん銅によるろう付けが主流であるが、銅管とステンレス鋼管の接合はりん銅によるろう付けでは耐圧性を確保した接合が不可能である。銀ろうによるろう付けでは接合可能だが高コストとなってしまう。
【０００６】
またろう付けで接合を行った場合、加熱によって材料表面が酸化されやすく、これによってろうのつき回りが悪くなることで銅管とステンレス鋼管の接合部に隙間が生じ、銅管のＣｕイオンの溶出によりステンレス鋼管と銅管との間に隙間腐食が生じやすくなる。このため、銅管とステンレス鋼管の接合にろう付け法を採用することは好ましくない。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、アルミニウム管に替えてステンレス鋼管を用い、接合部における高い気密性と接合強度を有する銅管とステンレス鋼管の接続体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、その目的を達成するため、銅管の端部にステンレス鋼管の端部が、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部が挿入嵌合された接続体であって、内側管外周面と外側管内周面との間にシーリング材が介在されていることを特徴とする。
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、また、銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部外周とステンレス鋼管の端部外周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とするものであってもよい。
【０００８】
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、さらに、銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部内周とステンレス鋼管の端部内周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とするものであってもよい。
そして、挿入嵌合部に外力が付されて、内側管の凹凸部が外側管の凹凸部に嵌合された断面形状とされていることが好ましい。
【０００９】
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、銅管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合することにより製造される。
挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を施すか、外側となる管の管端に拡管加工を施しておくことが好ましい。
【００１０】
本発明の他の銅管とステンレス鋼管の接続体は、接続管の一端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合し、他端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することにより製造される。
挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の管端に縮径加工を施しておくことが好ましい。
【００１１】
本発明のさらに他の銅管とステンレス鋼管の接続体は、外周にシーリング材を塗布した接続管の一端に銅管の端部を挿入嵌合するとともに、他端にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することにより製造される。
挿入嵌合の前に、挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施しておくことが好ましい。
本発明のさらに好ましい他の銅管とステンレス鋼管の接続体は、前記接続体を得た後、挿入嵌合部の外周面側からの機械加工により、前記挿入嵌合部の内側管と外側管に凹凸部を設けることにより製造される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、銅管の端部にステンレス鋼管の端部が、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部が挿入嵌合される構造となっている。ステンレス鋼と比べて銅材は変形し易いので、挿入嵌合時に銅材が容易に変形した簡便に接合することが可能となる。また、銅材とステンレス鋼とがシーリング材を介することにより直接接触していないので、隙間腐食の発生が抑えられている。すなわちシーリング材を介することにより、耐圧性やシール性を向上させることができている。
【００１３】
さらに、管端の挿入嵌合部において、内側管の凹凸部が外側管の凹凸部に嵌合された断面形状とすることで、接合部ではさらに高い気密性と優れた接合強度を呈することになる。素材そのものの機械的特性が優れているので、外力が掛かっても配管自体の変形も抑制することができる。このときの凹凸部の数や溝深さや溝のピッチを変更させることで接合強度を向上させることができ、同時に耐圧性の向上も図ることができている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】銅管の端部にステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部を挿入嵌合する方法を説明する図
【図２】一方の管に他方の管を、間にシーリング材を挟んで挿入嵌合する方法を説明する図
【図３】一方の管と他方の管の接続端部に溝加工を施した態様を説明する図
【図４】二つの管の管端を当接させ、接続部にシーリング材を介して接続管を取り付ける接続方法を説明する図
【図５】縮径加工を施した管端同士を当接させて接続管を取り付ける接続方法を説明する図
【図６】実施例１で、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合した接続体の製造事例を紹介する図
【図７】接続部に凹凸を形成する方法を説明する図
【図８】実施例２で、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合した接続体の製造事例を紹介する図
【図９】実施例３で、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合した接続体の製造事例を紹介する図
【図１０】実施例４で、銅管の端部とステンレス鋼管の端部を当接部を接続管で覆った接続体の製造事例を紹介する図
【図１１】実施例５で、銅管の端部とステンレス鋼管の端部を当接部を接続管で覆った接続体の製造事例を紹介する図
【図１２】実施例６で、銅管の端部とステンレス鋼管の端部を当接部を接続管で覆った接続体の製造事例を紹介する図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、昨近、冷蔵庫や空調機器等の熱交換器用の配管として用いられている銅管とアルミニウム管との接続体のアルミニウム管に替えてステンレス鋼管を用いることを検討した。
前記した通り、銅管とステンレス鋼管との接続体を得ようとするとき、銅管とステンレス鋼管の接合にろう付け法を採用することは好ましくない。
そして、銅管とアルミニウム管との接合した前記特許文献１，２では、異種金属同士である銅管とアルミニウム管を接触させた状態で共晶相を形成させることで接合しているが、銅管とステンレス鋼管の接合では、共晶相を形成させることができない。
【００１６】
そこで、本発明では銅管とステンレス鋼管などの異種金属どうしを接合させることが可能なメカニカル接合について着目した。メカニカル接合であれば、短時間での低コストな接合が可能となる。
併せて、銅管とステンレス鋼管とが直接接触しないように、或いは接触していても銅管とステンレス鋼管とステンレス鋼管の間の隙間への水分の浸入を防いで隙間腐食の発生を抑制することを考えた。
このような課題を鋭意検討する過程で本発明に到達したものである。
【００１７】
まず、図を用いて本発明接続体の製造方法について説明する。
図１に示すように、接続しようとするステンレス鋼管と銅管を準備する。その後の使用を想定すると、同径を有するものが好ましい。そして、他の管の管端への挿入を行い易くするために、内側となる管の端部に縮径加工を施すことが好ましい。その後、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部を挿入嵌合する。
ステンレス鋼と比較して銅の方が強度も低く変形し易いので、挿入時、銅管の方が変形して、ステンレス鋼管と銅管とは蜜に接触し、嵌合された形態となっている。
【００１８】
なお、添付の図１では、シーリング材の塗布態様が明確でないが、図２に示すように、内側となる管の先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した後に挿入嵌合すると、両者間にシーリング材が介在された形状となる。なお、外側となる管の挿入嵌合される管端に、予め拡管加工を施しておいてもよい（図２（ｂ）参照）。
二つの管の径が近似し、挿入時にシーリング材が押出されるような態様となったとしても、内側管外周面と外側管端部の内側管当接端及び外側管内周面と内側管先端部との当接端がシーリング材で覆われていれば問題はない。内側管外周と外側管内周面との間に水分等が浸入することが防止できる構造となれば隙間腐食の発生は抑制される。
【００１９】
シーリング材としては、使用環境下に適した耐熱性、耐水性、シール性、防食性等の機能を有するシーリング材を使用する必要がある。これらの機能を有するシーリング材であれば、シリコーン系シーリング材やポリサルファイド系シーリング材などでも良い。使用する環境によって、適したシーリング材を選定すればよい。
シーリング材の使用方法は、管同士を接続する前に、内側となる管の先端部及び端部外周、または外側となる管の先端部及び端部内周にシーリング材を塗布する。この時、シーリング材が固まる前に管同士の挿入嵌合や挿入嵌合部の溝加工を行う必要がある。
【００２０】
その後、図３に示すように、挿入嵌合部にその外周面側から機械加工を施し、凹凸部を設けることにより製造される。
外周面側からの溝加工法としては、鋼管、またはロールを回転させながら押し付けることで塑性変形させるスピニング加工法が挙げられる。この加工法で使用するロールの先端を丸くすることで溝加工が可能となる。
この凹凸部の形成により、外側管の内周面の凹凸部が内側管の外周面の凹凸部に嵌合された断面形状とされ、挿入嵌合部におけるシーリング効果を高めている。
なお、嵌合代を調節したり、凹凸形状を調整したりすることにより、接合強度を高めるばかりでなく、使用内圧に応じた耐圧接続体が得られる。
【００２１】
次に、図４により、銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部外周とステンレス鋼管の端部外周に接続管がシーリング材を介して配されているとともに、外力が付されて接続管内周面の凹凸部が銅管及びステンレス鋼管外周面の凹凸部に嵌合された断面形状とされている銅管とステンレス鋼管の接続体を製造する態様を説明する。
【００２２】
先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した銅管と先端部及び端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を準備し、接続管の両端から銅管とステンレス鋼管のそれぞれの端部を挿入嵌合する。その後、図示していないが、接続管にその外周面側からの機械加工を施し、接続管及び銅管の端部とステンレス鋼管の端部に凹凸部を設ける。
【００２３】
具体的に図４に示すように、一方の管に接続管を取り付けた後、管端同士を当接させ、その後に接続管をスライドさせて接続してもよい。
図５に示すように、接続管に挿入嵌合する前に、銅管及びステンレス鋼管の管端に縮径加工を施しておくことが好ましい。
なお、図示していないが、銅管及びステンレス鋼管の管端に拡管加工を施し、内径の太い接続管に挿入嵌合してもよい。
接続管としては、接続しようとしている銅管或いはステンレス鋼管と同材質でも良いし、他の金属でも良い。
【実施例】
【００２４】
素材には、φ12.7×1.0tの銅管（C1220リン脱酸銅のO材、Hv50）及びφ12.7×0.4tのフェライト系ステンレス鋼管（22Cr‐0.2Ti‐0.2Nb‐1Mo Hv170）を用いた。
また、シーリング剤として、耐圧性がよく給水・給湯の温水から熱水まで広範囲の配管に使用できる日本ヘルメチックス株式会社製の給水・給湯・熱水配管用防食シール剤ヘルメシール５５を使用した。
【００２５】
製造例１；
ステンレス鋼管をテーパ付きダイスに押し当て、図６（ａ）に示すように、先端の外径が銅管内径より小さいφ10ｍｍ程度へ縮径加工した。縮径加工を施した方の管端から30mmまでシーリング材を塗布した状態で、銅管の一端を固定し、反対側からステンレス鋼管を押し込み、嵌合代が30mmになるよう挿入嵌合した（図６（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合接触部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
さらに、図７に示す溝加工法により、接合部に溝を形成した（図６（ｃ））。
なお、図７に示す溝加工法は、ロール支軸に管同士を接続した管をのせ、刃先を丸くさせた刃を接合部に押し当てて、管軸方向に管を回転させながら溝加工を行う方法である。
上記方法により銅管とステンレス鋼管の接合を行った。
【００２６】
製造例２；
ステンレス鋼管をテーパ付きダイスに押し当て、先端の外径が銅管内径より小さいφ10程度へ縮径加工した。縮径加工を施した方の管端から30mmまで溝加工を数箇所施し、シーリング材を塗布した（図８（ａ））。溝加工を施すことで、溝にシーリング材が入り込み、前記実施例１よりもシール性や耐水性の向上が図られる。
前記実施例１と同様に銅管の一端を固定し、反対側からステンレス鋼管を押し込み、嵌合代が30mmになるよう挿入嵌合した（図８（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合接触部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
さらに、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図８（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。
【００２７】
製造例３；
銅管の管端に拡管加工を軸方向に約30mm施した（図９（ａ））後、シーリング材を塗布したステンレス鋼管を直接差し込んだ（図９（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合接触部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
さらに、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図９（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。
なお、図９の態様では銅管の管端にのみ拡管加工を行っているが、接合する銅管とステンレス鋼管の管径が異なるような場合には、必要に応じて銅管とステンレス鋼管の両方の管端に拡管加工を行ない接合してもよい。
【００２８】
製造例４；
銅管とステンレス鋼管の管端から軸方向に約30mmにシーリング材を塗布し（図１０（ａ））、その両方の管端の塗布した領域に接続管を挿入した（図１０（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
その後、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図１０（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。
【００２９】
製造例５；
銅管とステンレス鋼管の管端から軸方向に約30mmに縮径加工を施し（図１１（ａ））、その加工部にシーリング材を塗布した。その両方の管にシーリング材を塗布した領域に接続管を挿入した（図１１（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
その後、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図１１（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。この縮径加工を施して接合することにより、銅管とステンレス鋼管の外径と近い直径寸法での接合が可能となった。
【００３０】
製造例６；
銅管とステンレス鋼管の管端から軸方向に約30mmに拡管加工を施し（図１２（ａ））、その加工部にシーリング材を塗布した。その両方の管にシーリング材を塗布した領域に接続管を挿入した（図１２（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
その後、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図１２（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。この拡管加工を施して接合することにより、溝加工を施して内周面側に凸部になった部分の内径が素管内径寸法程度となるため、凹凸部が障害とならないようにすることができる。
図１２（ｂ）はステンレス鋼管と銅管の端部外周に接続管を挿入嵌合する態様を示しているが、端部内周に接続管を挿入嵌合する場合には、ステンレス鋼管と銅管の端部に接続管の厚み以上の拡管加工を施すことで、接続管や凹凸部が障害とならないようにすることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器用配管として用いられる、良好な気密性と高い接合強度を有する銅管とステンレス鋼管の接続体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に給湯器や空調機、冷凍機等に熱交換器が用いられている。熱交換器は空調機のように室外機に組み込まれており屋外に設置される場合が多い。また、熱交換器は、ＣＯ２やＨＦＣ系フロンなどの冷媒ガスの圧縮と膨張によって熱交換機能を生み出しており、その熱エネルギーを水や空気が吸収して暖められ、給湯や暖房として利用することができる。冷媒ガスや水、空気の流通路としては、素材がりん脱酸銅である銅管を配管として多く使用している。
【０００３】
配管に必要な特性としては、室外機として屋外に設置されることに対する耐食性とコンプレッサーから供給させる冷媒ガスの圧力に対する耐圧性、熱交換の効率化から伝熱性、配管同士の接合性が挙げられるため、銅管が多く使用されている。しかし、近年の銅の高騰化により、銅に代わる素材の要望が高まっている。その代替材料の一例として、アルミニウム管が挙げられる。
例えば特許文献１，２で、熱交換器用銅管の一部をアルミニウム管に置換えた、銅管とアルミニウム管の接合体が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３１１６４９号明細書
【特許文献２】特許第４４６１５２５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、アルミニウム管を用いた場合、屋外環境での耐食性に問題が出てくる。このため、銅やアルミニウムよりも屋外環境での耐食性を満足する材料として、ステンレス鋼の使用が想定される。
一般的に、熱交換器で使用される全ての銅管がステンレス鋼管に代替されるケースは少ないため、銅管とステンレス鋼管の接合部が多く発生することとなる。
従来、銅管同士の接合はりん銅によるろう付けが主流であるが、銅管とステンレス鋼管の接合はりん銅によるろう付けでは耐圧性を確保した接合が不可能である。銀ろうによるろう付けでは接合可能だが高コストとなってしまう。
【０００６】
またろう付けで接合を行った場合、加熱によって材料表面が酸化されやすく、これによってろうのつき回りが悪くなることで銅管とステンレス鋼管の接合部に隙間が生じ、銅管のＣｕイオンの溶出によりステンレス鋼管と銅管との間に隙間腐食が生じやすくなる。このため、銅管とステンレス鋼管の接合にろう付け法を採用することは好ましくない。
本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、アルミニウム管に替えてステンレス鋼管を用い、接合部における高い気密性と接合強度を有する銅管とステンレス鋼管の接続体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、その目的を達成するため、銅管の端部にステンレス鋼管の端部が、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部が挿入嵌合された接続体であって、内側管外周面と外側管内周面との間にシーリング材が介在されていることを特徴とする。
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、また、銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部外周とステンレス鋼管の端部外周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とするものであってもよい。
【０００８】
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、さらに、銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部内周とステンレス鋼管の端部内周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とするものであってもよい。
そして、挿入嵌合部に外力が付されて、内側管の凹凸部が外側管の凹凸部に嵌合された断面形状とされていることが好ましい。
【０００９】
本発明の銅管とステンレス鋼管の接続体は、銅管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合することにより製造される。
挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を施すか、外側となる管の管端に拡管加工を施しておくことが好ましい。
【００１０】
本発明の他の銅管とステンレス鋼管の接続体は、接続管の一端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合し、他端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することにより製造される。
挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の管端に縮径加工を施しておくことが好ましい。
【００１１】
本発明のさらに他の銅管とステンレス鋼管の接続体は、外周にシーリング材を塗布した接続管の一端に銅管の端部を挿入嵌合するとともに、他端にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することにより製造される。
挿入嵌合の前に、挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施しておくことが好ましい。
本発明のさらに好ましい他の銅管とステンレス鋼管の接続体は、前記接続体を得た後、挿入嵌合部の外周面側からの機械加工により、前記挿入嵌合部の内側管と外側管に凹凸部を設けることにより製造される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、銅管の端部にステンレス鋼管の端部が、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部が挿入嵌合される構造となっている。ステンレス鋼と比べて銅材は変形し易いので、挿入嵌合時に銅材が容易に変形した簡便に接合することが可能となる。また、銅材とステンレス鋼とがシーリング材を介することにより直接接触していないので、隙間腐食の発生が抑えられている。すなわちシーリング材を介することにより、耐圧性やシール性を向上させることができている。
【００１３】
さらに、管端の挿入嵌合部において、内側管の凹凸部が外側管の凹凸部に嵌合された断面形状とすることで、接合部ではさらに高い気密性と優れた接合強度を呈することになる。素材そのものの機械的特性が優れているので、外力が掛かっても配管自体の変形も抑制することができる。このときの凹凸部の数や溝深さや溝のピッチを変更させることで接合強度を向上させることができ、同時に耐圧性の向上も図ることができている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】銅管の端部にステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部を挿入嵌合する方法を説明する図
【図２】一方の管に他方の管を、間にシーリング材を挟んで挿入嵌合する方法を説明する図
【図３】一方の管と他方の管の接続端部に溝加工を施した態様を説明する図
【図４】二つの管の管端を当接させ、接続部にシーリング材を介して接続管を取り付ける接続方法を説明する図
【図５】縮径加工を施した管端同士を当接させて接続管を取り付ける接続方法を説明する図
【図６】実施例１で、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合した接続体の製造事例を紹介する図
【図７】接続部に凹凸を形成する方法を説明する図
【図８】実施例２で、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合した接続体の製造事例を紹介する図
【図９】実施例３で、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合した接続体の製造事例を紹介する図
【図１０】実施例４で、銅管の端部とステンレス鋼管の端部を当接部を接続管で覆った接続体の製造事例を紹介する図
【図１１】実施例５で、銅管の端部とステンレス鋼管の端部を当接部を接続管で覆った接続体の製造事例を紹介する図
【図１２】実施例６で、銅管の端部とステンレス鋼管の端部を当接部を接続管で覆った接続体の製造事例を紹介する図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明者らは、昨近、冷蔵庫や空調機器等の熱交換器用の配管として用いられている銅管とアルミニウム管との接続体のアルミニウム管に替えてステンレス鋼管を用いることを検討した。
前記した通り、銅管とステンレス鋼管との接続体を得ようとするとき、銅管とステンレス鋼管の接合にろう付け法を採用することは好ましくない。
そして、銅管とアルミニウム管との接合した前記特許文献１，２では、異種金属同士である銅管とアルミニウム管を接触させた状態で共晶相を形成させることで接合しているが、銅管とステンレス鋼管の接合では、共晶相を形成させることができない。
【００１６】
そこで、本発明では銅管とステンレス鋼管などの異種金属どうしを接合させることが可能なメカニカル接合について着目した。メカニカル接合であれば、短時間での低コストな接合が可能となる。
併せて、銅管とステンレス鋼管とが直接接触しないように、或いは接触していても銅管とステンレス鋼管とステンレス鋼管の間の隙間への水分の浸入を防いで隙間腐食の発生を抑制することを考えた。
このような課題を鋭意検討する過程で本発明に到達したものである。
【００１７】
まず、図を用いて本発明接続体の製造方法について説明する。
図１に示すように、接続しようとするステンレス鋼管と銅管を準備する。その後の使用を想定すると、同径を有するものが好ましい。そして、他の管の管端への挿入を行い易くするために、内側となる管の端部に縮径加工を施すことが好ましい。その後、銅管の端部にステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部を挿入嵌合する。
ステンレス鋼と比較して銅の方が強度も低く変形し易いので、挿入時、銅管の方が変形して、ステンレス鋼管と銅管とは蜜に接触し、嵌合された形態となっている。
【００１８】
なお、添付の図１では、シーリング材の塗布態様が明確でないが、図２に示すように、内側となる管の先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した後に挿入嵌合すると、両者間にシーリング材が介在された形状となる。なお、外側となる管の挿入嵌合される管端に、予め拡管加工を施しておいてもよい（図２（ｂ）参照）。
二つの管の径が近似し、挿入時にシーリング材が押出されるような態様となったとしても、内側管外周面と外側管端部の内側管当接端及び外側管内周面と内側管先端部との当接端がシーリング材で覆われていれば問題はない。内側管外周と外側管内周面との間に水分等が浸入することが防止できる構造となれば隙間腐食の発生は抑制される。
【００１９】
シーリング材としては、使用環境下に適した耐熱性、耐水性、シール性、防食性等の機能を有するシーリング材を使用する必要がある。これらの機能を有するシーリング材であれば、シリコーン系シーリング材やポリサルファイド系シーリング材などでも良い。使用する環境によって、適したシーリング材を選定すればよい。
シーリング材の使用方法は、管同士を接続する前に、内側となる管の先端部及び端部外周、または外側となる管の先端部及び端部内周にシーリング材を塗布する。この時、シーリング材が固まる前に管同士の挿入嵌合や挿入嵌合部の溝加工を行う必要がある。
【００２０】
その後、図３に示すように、挿入嵌合部にその外周面側から機械加工を施し、凹凸部を設けることにより製造される。
外周面側からの溝加工法としては、鋼管、またはロールを回転させながら押し付けることで塑性変形させるスピニング加工法が挙げられる。この加工法で使用するロールの先端を丸くすることで溝加工が可能となる。
この凹凸部の形成により、外側管の内周面の凹凸部が内側管の外周面の凹凸部に嵌合された断面形状とされ、挿入嵌合部におけるシーリング効果を高めている。
なお、嵌合代を調節したり、凹凸形状を調整したりすることにより、接合強度を高めるばかりでなく、使用内圧に応じた耐圧接続体が得られる。
【００２１】
次に、図４により、銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部外周とステンレス鋼管の端部外周に接続管がシーリング材を介して配されているとともに、外力が付されて接続管内周面の凹凸部が銅管及びステンレス鋼管外周面の凹凸部に嵌合された断面形状とされている銅管とステンレス鋼管の接続体を製造する態様を説明する。
【００２２】
先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した銅管と先端部及び端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を準備し、接続管の両端から銅管とステンレス鋼管のそれぞれの端部を挿入嵌合する。その後、図示していないが、接続管にその外周面側からの機械加工を施し、接続管及び銅管の端部とステンレス鋼管の端部に凹凸部を設ける。
【００２３】
具体的に図４に示すように、一方の管に接続管を取り付けた後、管端同士を当接させ、その後に接続管をスライドさせて接続してもよい。
図５に示すように、接続管に挿入嵌合する前に、銅管及びステンレス鋼管の管端に縮径加工を施しておくことが好ましい。
なお、図示していないが、銅管及びステンレス鋼管の管端に拡管加工を施し、内径の太い接続管に挿入嵌合してもよい。
接続管としては、接続しようとしている銅管或いはステンレス鋼管と同材質でも良いし、他の金属でも良い。
【実施例】
【００２４】
素材には、φ12.7×1.0tの銅管（C1220リン脱酸銅のO材、Hv50）及びφ12.7×0.4tのフェライト系ステンレス鋼管（22Cr‐0.2Ti‐0.2Nb‐1Mo Hv170）を用いた。
また、シーリング剤として、耐圧性がよく給水・給湯の温水から熱水まで広範囲の配管に使用できる日本ヘルメチックス株式会社製の給水・給湯・熱水配管用防食シール剤ヘルメシール５５を使用した。
【００２５】
製造例１；
ステンレス鋼管をテーパ付きダイスに押し当て、図６（ａ）に示すように、先端の外径が銅管内径より小さいφ10ｍｍ程度へ縮径加工した。縮径加工を施した方の管端から30mmまでシーリング材を塗布した状態で、銅管の一端を固定し、反対側からステンレス鋼管を押し込み、嵌合代が30mmになるよう挿入嵌合した（図６（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合接触部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
さらに、図７に示す溝加工法により、接合部に溝を形成した（図６（ｃ））。
なお、図７に示す溝加工法は、ロール支軸に管同士を接続した管をのせ、刃先を丸くさせた刃を接合部に押し当てて、管軸方向に管を回転させながら溝加工を行う方法である。
上記方法により銅管とステンレス鋼管の接合を行った。
【００２６】
製造例２；
ステンレス鋼管をテーパ付きダイスに押し当て、先端の外径が銅管内径より小さいφ10程度へ縮径加工した。縮径加工を施した方の管端から30mmまで溝加工を数箇所施し、シーリング材を塗布した（図８（ａ））。溝加工を施すことで、溝にシーリング材が入り込み、前記実施例１よりもシール性や耐水性の向上が図られる。
前記実施例１と同様に銅管の一端を固定し、反対側からステンレス鋼管を押し込み、嵌合代が30mmになるよう挿入嵌合した（図８（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合接触部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
さらに、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図８（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。
【００２７】
製造例３；
銅管の管端に拡管加工を軸方向に約30mm施した（図９（ａ））後、シーリング材を塗布したステンレス鋼管を直接差し込んだ（図９（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合接触部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
さらに、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図９（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。
なお、図９の態様では銅管の管端にのみ拡管加工を行っているが、接合する銅管とステンレス鋼管の管径が異なるような場合には、必要に応じて銅管とステンレス鋼管の両方の管端に拡管加工を行ない接合してもよい。
【００２８】
製造例４；
銅管とステンレス鋼管の管端から軸方向に約30mmにシーリング材を塗布し（図１０（ａ））、その両方の管端の塗布した領域に接続管を挿入した（図１０（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
その後、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図１０（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。
【００２９】
製造例５；
銅管とステンレス鋼管の管端から軸方向に約30mmに縮径加工を施し（図１１（ａ））、その加工部にシーリング材を塗布した。その両方の管にシーリング材を塗布した領域に接続管を挿入した（図１１（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
その後、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図１１（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。この縮径加工を施して接合することにより、銅管とステンレス鋼管の外径と近い直径寸法での接合が可能となった。
【００３０】
製造例６；
銅管とステンレス鋼管の管端から軸方向に約30mmに拡管加工を施し（図１２（ａ））、その加工部にシーリング材を塗布した。その両方の管にシーリング材を塗布した領域に接続管を挿入した（図１２（ｂ））。これにより、銅管とステンレス鋼管の接合が行え、接合部に生じる隙間をシーリング材で埋めることができた。
その後、溝加工法を用いて、接合部に溝を形成した（図１２（ｃ））。
上記方法により銅管とステンレス鋼管のステンレス鋼管の接合を行った。この拡管加工を施して接合することにより、溝加工を施して内周面側に凸部になった部分の内径が素管内径寸法程度となるため、凹凸部が障害とならないようにすることができる。
図１２（ｂ）はステンレス鋼管と銅管の端部外周に接続管を挿入嵌合する態様を示しているが、端部内周に接続管を挿入嵌合する場合には、ステンレス鋼管と銅管の端部に接続管の厚み以上の拡管加工を施すことで、接続管や凹凸部が障害とならないようにすることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅管の端部にステンレス鋼管の端部が、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部が挿入嵌合された接続体であって、内側管外周面と外側管内周面との間にシーリング材が介在されていることを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項２】
銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部外周とステンレス鋼管の端部外周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項３】
銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部内周とステンレス鋼管の端部内周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項４】
挿入嵌合部に外力が付されて、内側管の凹凸部が外側管の凹凸部に嵌合された断面形状とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項５】
銅管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合することを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項６】
挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を施す請求項５に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項７】
挿入嵌合の前に、外側となる管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施す請求項５又は６に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項８】
接続管の一端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合し、他端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項９】
挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の管端に縮径加工を施す請求項８に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１０】
外周にシーリング材を塗布した接続管の一端に銅管の端部を挿入嵌合するとともに、他端にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１１】
挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施す請求項１０に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１２】
挿入嵌合部の外周面側からの機械加工により、前記挿入嵌合部の内側管と外側管に凹凸部を設けることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか一項に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１】
銅管の端部にステンレス鋼管の端部が、又はステンレス鋼管の端部に銅管の端部が挿入嵌合された接続体であって、内側管外周面と外側管内周面との間にシーリング材が介在されていることを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項２】
銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部外周とステンレス鋼管の端部外周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項３】
銅管の端部とステンレス鋼管の端部がシーリング材を介して当接され、かつ銅管の端部内周とステンレス鋼管の端部内周に接続管がシーリング材を介して挿入嵌合されていることを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項４】
挿入嵌合部に外力が付されて、内側管の凹凸部が外側管の凹凸部に嵌合された断面形状とされていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体。
【請求項５】
銅管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を、又はステンレス鋼管の端部に、端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合することを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項６】
挿入嵌合の前に、内側となる管の管端に縮径加工を施す請求項５に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項７】
挿入嵌合の前に、外側となる管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施す請求項５又は６に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項８】
接続管の一端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布した銅管の端部を挿入嵌合し、他端から先端部及び端部外周にシーリング材を塗布したステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項９】
挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の管端に縮径加工を施す請求項８に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１０】
外周にシーリング材を塗布した接続管の一端に銅管の端部を挿入嵌合するとともに、他端にステンレス鋼管の端部を挿入嵌合することを特徴とする銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１１】
挿入嵌合の前に、銅管及びステンレス鋼管の挿入嵌合される管端に拡管加工を施す請求項１０に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【請求項１２】
挿入嵌合部の外周面側からの機械加工により、前記挿入嵌合部の内側管と外側管に凹凸部を設けることを特徴とする請求項５〜１１のいずれか一項に記載の銅管とステンレス鋼管の接続体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６６９１１（Ｐ２０１３−６６９１１Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０７１３５（Ｐ２０１１−２０７１３５）
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【出願人】（０００００４５８１）日新製鋼株式会社 (1,178)
【Ｆターム（参考）】
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